Устройство автомобилей
Кузова автомобилей
Назначение и типы автомобильных кузовов
Автомобильный кузов предназначен для размещения водителя, пассажиров и груза и их защиты. Кузова грузовых автомобилей предназначены для размещения грузов, при этом водитель и пассажиры (или один пассажир) размещаются, как правило, в отдельной кабине.
Кузова легковых автомобилей и автобусов предназначены для перевозки пассажиров, а также некоторого количества ручной клади или мелкого груза. Грузопассажирские автомобили могут перевозить и груз, и пассажиров. Кузова специальных автомобилей предназначены для размещения различного оборудования (технического, медицинского и т. п.).
Требования, предъявляемые к автомобильным кузовам
К автомобильным кузовам, в зависимости от назначения автомобиля, предъявляются разнообразные требования. Безусловно, любой кузов должен обладать достаточной жесткостью и прочностью, а также стойкостью к воздействию окружающей среды и коррозии.
Кузова, предназначенные для перевозки грузов, должны выдерживать требуемую нагрузку при любых дорожных условиях. В случае, если перевозимый груз требует защиты от внешних воздействий, применяются тентовые укрытия и кузова-фургоны. Для перевозки жидких и газообразных грузов используются специальные кузова, которые должны отвечать требованиям необходимой герметичности, термостойкости и прочности.
Кузова легковых автомобилей, наряду с требованиями прочности и стойкости к неблагоприятной среде, должны соответствовать основному назначению. Предназначенные для перевозки пассажиров легковые кузова должны обеспечивать их максимальную безопасность в случае аварии или ДТП, комфортность поездки. Для обеспечения комфорта водителя и пассажиров в кузовах легковых автомобилей предусматривают системы климатического контроля (отопление, освещение, вентиляция, кондиционер и т. п.). Хорошую обзорность обеспечивают оконные проемы достаточного размера.
Внутренний объем кузова должен быть достаточным, чтобы не утомлять пассажиров, а внешние габариты автомобиля должны доставлять удобство управления и перемещения, особенно в условиях городского движения.
Скоростные и спортивные автомобили имеют приземистые кузова высокой обтекаемости, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление.
Для кузова легкового автомобиля немаловажен внешний вид, поэтому такие кузова изготавливают с использованием методов дизайна, красят в эстетически воспринимаемые цвета. Для покраски используют специальные автоэмали, длительное время сохраняющие первоначальный блеск и красоту кузова.
Требования к эстетике автобусных кузовов тоже с каждым годом ужесточаются. Современный автобусный кузов красив, безопасен и обеспечивает пассажиров максимумом комфорта при перевозке. Как правило, размещение сидений для пассажиров в кузове автобуса осуществляется достаточно высоко, что максимально предохраняет их в случае ДТП или аварии. Кузова автобусов обязательно оборудуются запасными выходами.
Безопасность дорожного движения накладывают на конструкцию кузова автомобилей ряд определенных требований. Так, например, дверные ручки кузова не должны сильно выступать и иметь форму, способную поранить пешехода или зацепить его за одежду. То же самое относится ко всем выступающим элементам кузова.
Классификация автомобильных кузовов
По назначению различают кузова грузовые, легковые, автобусные, грузопассажирские и специальные.
По конструкции кузова бывают каркасные, полукаркасные и бескаркасные.
Каркасные кузова имеют жесткий пространственный каркас, к которому прикреплены наружная и внутренняя обицовки. Каркас воспринимает все нагрузки автомобиля, а облицовка их не воспринимает. Каркасные кузова применяются, преимущественно, на автобусах, а также на некоторых типах легковых автомобилей.
Полукаркасные кузова имеют только отдельные части каркаса (стойки, дуги, усилители и т. п.), которые соединяются между собой наружными и внутренними облицовками. Такие кузова применяются на легковых автомобилях и на некоторых типах автобусов. Цельнометаллические кабины грузовых автомобилей выполняются также полукаркасными.
Бескаркасные кузова представляют собой корпус, состоящий из небольших штампованных частей и панелей, соединенных между собой сваркой или резьбовым крепежом. Для придания корпусу требуемой жесткости детали выполняются определенной формы, имеют объемные конструкции и элементы, повышающие прочность и жесткость. Все нагрузки автомобиля воспринимаются корпусом. Такой кузов характерен для легковых автомобилей и кабин грузовых автомобилей.
По нагруженности кузова подразделяют на несущие, полунесущие и разгруженные.
Несущие кузова не имеют рамы и воспринимают все нагрузки автомобиля. Как правило, в конструкцию несущего кузова входят усилительные элементы, позволяющие крепить к нему двигатель, элементы и агрегаты трансмиссии, подвески, ходовой части.
Несущие кузова применяются на легковых автомобилях и некоторых типах грузовых автомобилей особо малой грузоподъемности.
Полунесущие кузова устанавливаются на раме жестко и при этом воспринимают часть действующей на нее нагрузки. Такие кузова применяются на автобусах.
Разгруженные кузова устанавливают на раме на упругих эластичных проставках (резиновые подушки, прокладки, пружины и т. п.). Такие кузова нагружены только перевозимым грузом и другие нагрузки не воспринимают. Такой тип кузовов применяется на грузовых автомобилях, легковых автомобилях высшего класса и автомобилях повышенной проходимости.
Кузов автомобиля
Любой автомобиль состоит из ряда составных узлов – силовой установки, трансмиссии, ходовой части, систем управления.Чтобы собрать все эти элементы в единую конструкцию и обеспечить их взаимосвязь между собой, используется еще один конструктивный компонент – несущая часть, к которой и осуществляется крепление всех составляющих элементов.
Назначение, конструкция и виды несущей части
По мере развития автомобилестроения было создано несколько видов несущей части. Но несмотря на имеющиеся различные типы, эта составляющая включает в себя один из основных компонентов – кузов автомобиля.
В задачу кузова входит не только крепление составных частей авто, а еще и восприятие всех нагрузок и воздействий окружающей среды, а также обеспечение пространства для размещения пассажиров и груза.
Изначально на автотранспорте применялась несущая часть, состоящая из двух элементов – кузова и рамы. В такой конструкции кузов по большей части принимал на себя только нагрузки, которые создавали пассажиры и груз. Основные же воздействия приходились на раму, которая также выступала основным связующим элементом для составных частей авто (именно к ней крепились узлы и механизмы).
Но существуют и другие виды несущей части. В целом, она подразделяется на:
Рамный вид, как уже отмечено, состоит из двух элементов – рама и кузов автомобиля. Между собой эти элементы соединены посредством эластичных проставок. Изначально он применялся на всех авто. Сейчас же такую компоновку несущей части можно встретить только на грузовиках и внедорожниках (хотя на последних – не всегда). Поскольку кузов в такой конструкции не используется в качестве компонента, к которому крепятся составные элементы, второе название этого типа – с разгруженным кузовом.
Со временем на легковом транспорте рамную конструкцию вытеснил несущий кузов автомобиля. Особенность его заключается в том, что рама, как таковая, отсутствует. При этом все составные части крепятся к кузову. Но поскольку в этом типе вся нагрузка приходится на кузов, в некоторых участках присутствуют усиливающие элементы, повышающие жесткость конструкции. Сейчас этот тип несущей части используется на всех легковых авто, а также кроссоверах и некоторых внедорожниках.
Последний вид – комбинированный, он же – полунесущий кузов автомобиля, отличается тем, что в несущей части присутствуют как рама, так и сам кузов, но при этом они между собой жестко связаны. В такой компоновке воспринимаемая нагрузка распределена между ними, также оба они выступают в качестве элементов для крепления составных узлов. Этот тип несущей части применяется в автобусах.
Конструкция кузова
Как видно, во всех типах несущей части присутствует кузов автомобиля. От этого элемента во многом зависит внешний вид машины, комфортабельность, показатели безопасности. Поскольку на легковых авто наибольшее распространение получил несущий кузов, то в дальнейшем рассматривать будем именно его.
Такой кузов автомобиля представляет собой некий каркас, состоящий из ряда составных частей, к которым крепятся узлы авто, а также внешние элементы, выполняющие определенные функции, включая и декоративные – крылья, двери, капот, крышка багажника, оптические приборы, бампера и прочее.
Конструкция кузова автомобиля включает в себя:
Каждая из составных частей состоит из ряда компонентов. Все они соединены между собой при помощи сварки, что обеспечивает необходимую жесткость каркасу.
В качестве основания выступает днище, выполненное в виде щита с подогнутыми краями и проделанным в центральной части тоннелем. Этот тоннель не только повышает жесткость основы, но еще и выступает каналом для прокладки некоторых составных элементов авто – топливных и тормозных трубопроводов, труб системы отвода выхлопных газов, а в задне- и полноприводных авто – еще и для размещения ряда узлов трансмиссии. В некоторых авто в днище дополнительно проделывается ниша для размещения запасного колеса (в задней части).
Также в состав этой части входят передний щит, отделяющий мотор от салона, панель для крепления оптики и радиаторной решетки, боковины с колесными арками, которые могут быть выполнены заодно с крыльями. Но зачастую крылья делают съемными, поэтому являются навесной частью, так же, как и бампер с решеткой радиатора. Передняя часть сверху накрывается капотом – специальной крышкой.
Примерно такую же компоновку имеет и задняя часть, но зачастую крылья у нее входят в конструкцию и не являются съемными.
Дополнительно заднее крыло входит в конструкцию боковины кузова. Помимо нее боковина включает в себя пороги – одни из основных элементов, которые на ряду с лонжеронами обеспечивает жесткость конструкции.
К боковинам также относятся стойки – передняя, средняя и задняя, к которым крепиться крыша – цельноштампованный лист металла заданной формы. Съемными элементами этой составляющей являются двери авто.
В целом, днище с порогами и стойки с крышей и дверьми формируют отсек для размещения пассажиров.
Как уже отмечено крепления составных элементов осуществлено при помощи сварки, что делает конструкцию кузова неразъемной, поэтому многие компоненты одновременно относятся к нескольким его составляющим частям.
Стоит сказать, что состав кузова автомобиля может не иметь каких-то определенных частей. К примеру, в кузове кабриолет крыша отсутствует как таковая. Но поскольку в обычной компоновке нагрузка распределяется и на нее (за счет цельной конструкции), и крыша тоже в некоторой мере обеспечивает жесткость, то в кабриолете для компенсации снижения жесткости кузова усиливают пороги и двери.
Компоновка кузовов
На конструктивные особенности кузова автомобиля также влияет и компоновка. Все существующие типы несущей части по этому параметру подразделяются на:
Суть разделения кузовов авто по этому критерию сводится к тому, на сколько частей поделен кузов.
Особенность однообъемной компоновки заключается в том, что разделения между моторным отсеком, салоном и багажником – нет (но это условно). Еще этот вид компоновки называют вагонным.
В авто с таким кузовом передняя часть вообще отсутствует, а двигатель помещен в специальную нишу отсека для размещения пассажиров и груза. Отсутствие разделения между отсеками считается условным потому, что двигатель все же отделен от кабины перегородкой.
Однообъемный кузов автомобиля Tata Nano
В свою очередь однообъемный кузов делится на:
Разница между ними сводится к тому, под что большая часть внутреннего объема кузова отведена. Так, в грузовом для размещения пассажиров отведен совсем незначительный объем, в который входит также и отсек для мотора (по сути, водитель сидит возле, а то и вовсе на двигателе), а все остальное пространство отведено под размещение грузов.
В пассажирском же варианте весь доступный объем предназначен для размещения пассажиров, а под груз выделяется небольшое пространство (которого и вовсе может не быть).
Грузопассажирский кузов отличается тем, что внутренний объем условно делится на два отсека (пассажирский, грузовой). В некоторых случаях все пространство авто заполнено сиденьями для пассажиров, которые можно быстро демонтировать или сложить, тем самым получить грузовой отсек.
Двухобъемный кузов автомобиля включает в себя отдельно переднюю часть, являющуюся моторным отсеком и салон, который совмещен с отсеком для перевозки грузов. Самыми распространенными представителями такой компоновки являются хэтчбек и универсал. Также она используется у внедорожников с кроссоверами.
Двухобъемный кузов кроссовера
В большинстве случаев основная часть салона отведена под размещение пассажиров, а для груза отводится не очень много места. Но если взять универсал, то очень часто конструкторы делают задние сиденья складывающимися, что значительно повышает размеры грузового отсека, делая авто, по сути, грузопассажирским. Для доступа к грузовому отсеку в этом типе предусмотрена отдельная дверь – задняя (в некоторых авто она двойная).
Трехобъемный кузов автомобиля отличается тем, что моторный отсек, салон и грузовой отсек отделены перегородками друг от друга. Основным представителем такой компоновки является седан.
Современные реалии
Напоследок отметим, что конструкторами разработано большое количество разнообразных типов кузовов (перечисленные выше являются основными из них). Из-за этого в некоторых случаях разница между компоновками нивелируется.
К примеру, лифтбек имеет трехобъемную компоновку. Но у него крышка багажника объединена с задним стеклом, поэтому является, по сути, задней дверью. Вот и получается, что вроде и отдельный багажник есть, но в то же время он входит в состав салонного отсека (поскольку открывая багажник получаем одновременно и доступ к салону). И таких примеров несколько.
Но в целом, широкое разнообразие несущих кузовов позволяет делать автомобили разных типов и назначения.
Что такое и из чего состоит кузов легкового автомобиля
Автомобиль состоит из множества элементов, которые слаженно работают вместе. Основными из них принято считать двигатель, ходовую часть и трансмиссию. Однако, все они закреплены на несущей системе, которая и обеспечивает их взаимодействие. Несущая система может быть представлена разными вариантами, но наиболее популярным является кузов автомобиля. Это важный конструктивный элемент, который обеспечивает крепление составных частей транспортного средства, размещение пассажиров и грузов в салоне, а также воспринимает все нагрузки во время движения.
Назначение и требования
Если двигатель называют сердцем автомобиля, то кузов – это его оболочка или тело. Как бы то ни было, именно кузов является самым дорогим элементом машины. Основное его назначение – это защита пассажиров и внутренних компонентов от воздействия окружающей среды, размещение посадочных мест и прочих элементов.
Как к важному конструктивному элементу к кузову предъявляются определенные требования, среди которых:
Компоновка кузовов
Несущая часть автомобиля может состоять из рамы и кузова, только кузова или быть комбинированной. Кузов, который выполняет функции несущей части, так и называется несущим. Именно такой тип наиболее распространен на современных автомобилях.
Также кузов может быть выполнен в трех объемах:
Однообъемный выполняется как цельный корпус, который объединяет отделение для двигателя, пассажирский салон и багажный отсек. Такая компоновка соответствует пассажирским (автобусы, микроавтобусы) и грузопассажирским автомобилям.
Двухобъемный имеет две зоны пространства. Пассажирский салон, объединенный с багажником, и моторный отсек. К такой компоновке относятся хэтчбек, универсал и кроссовер.
Трехобъемный состоит из трех отсеков: пассажирского, отсека для двигателя и багажного отделения. Это классическая компоновка, которой соответствуют седаны.
Разные компоновки можно рассмотреть на рисунке ниже, а более подробно почитать в нашей статье о типах кузовов.
Устройство
Несмотря на разнообразие компоновок, кузов легкового автомобиля имеет общие элементы. Они показаны на рисунке ниже и включают в себя:
Конструкция может быть иной в зависимости от типа кузова (седан, универсал, микроавтобус и т.д.). Особое внимание в конструкции уделяется несущим элементам, таким как лонжероны и стойки.
Жесткость
Жесткость – это свойство кузова автомобиля сопротивляться динамическим и статистическим нагрузкам в процессе эксплуатации. Она напрямую влияет на управляемость.
Чем выше жесткость, тем лучше управляемость автомобиля.
Жесткость зависит от типа кузова, общей геометрии, количества дверей, размера машины и окон. Большую роль также играет крепление и положение лобового и заднего стекол. Они могут увеличить жесткость на 20-40%. Для большего увеличения жесткости устанавливаются различные распорки-усилители.
Наиболее устойчивыми считаются хэтчбеки, купе и седаны. Как правило, это трехобъемная компоновка, которая имеет дополнительные перегородки между багажным отделением и двигателем. Недостаточную жесткость показывают кузова типа универсал, пассажирский, микроавтобус.
Есть два параметра жесткости – на изгиб и на кручение. На кручение проверяют сопротивление при давлении в противоположных точках относительно его продольной оси, например, при диагональном вывешивании. Как уже было сказано, современные автомобили имеют цельный несущий кузов. В таких конструкциях жесткость обеспечивается главным образом за счет лонжеронов, поперечных и продольных балок.
Материалы для изготовления и их толщина
Прочность и жесткость конструкции можно увеличить за счет толщины стали, но это скажется на массе. Кузов должен быть легким и одновременно прочным. Это обеспечивается за счет применения низкоуглеродистой листовой стали. Отдельные детали изготавливаются путем штамповки. Затем части прочно соединяются друг с другом точечной сваркой.
Основная толщина стали составляет 0,8-2 мм. Для рамы применяется сталь толщиной 2-4 мм. Наиболее важные детали, такие как лонжероны и стойки, изготавливаются из стали, чаще всего легированной, толщиной 4-8 мм, большегрузные автомобили – 5-12 мм.
Плюс низкоуглеродистой стали в том, что она хорошо подвергается формовке. Можно сделать деталь любой формы и геометрии. Минус в низкой устойчивости к коррозии. Для повышения стойкости к коррозии листы стали подвергаются оцинковке или добавляется медь. Лакокрасочное покрытие также защищает от коррозии.
Наименее важные детали, которые не несут основной нагрузки, изготавливаются из пластмасс или сплавов алюминия. Это снижает вес и стоимость конструкции. На рисунке показаны материалы и их прочность в зависимости от назначения.
Алюминиевый кузов
Современные конструкторы постоянно ищут способы снижения массы без потери жесткости и прочности. Одним из перспективных материалов является алюминий. Масса алюминиевых деталей в 2005 году в европейских автомобилях составила 130 кг.
Кроме алюминия рассматриваются пластиковые материалы. Например, инновационный сплав «Fibropur», который по жесткости практически не уступает стальным листам.
Кузов является одним из важнейших конструктивных компонентов любого автомобиля. От него во многом зависит масса, управляемость и безопасность транспортного средства. Качество и толщина материалов сказывается на долговечности и устойчивости к коррозии. Современные автопроизводители все чаще применяют углепластик или алюминий, чтобы снизить массу конструкции. Главное, чтобы кузов смог обеспечить максимально возможную безопасность для пассажиров и водителя в случае столкновения.
Назначение и классификация кузовов автомобилей.
Кузов автомобиля предназначен для размещения водителя, пассажиров и различных грузов, а также для защиты их от внешних воздействий.
Классификация автомобильных кузовов.
По назначению автомобильные кузова делятся на:
— общего назначения (бортовые платформы);
— специализированные (самосвальные, фургоны, цистерны и т. п.).
— специализированные, предназначенные для размещения различного оборудования и установок (пожарного, лабораторного и т. п.).
По конструкции кузова выполняют:
Каркасный кузов имеет жесткий пространственный каркас, к которому прикреплены наружная и внутренняя облицовки.
Полукаркасный кузов имеет только некоторые части каркаса (отдельные стойки, дуги, усилители и т. д.), соединенные между собой наружной и внутренней облицовками.
Для того чтобы бескаркасный кузов обладал необходимой жесткостью, отдельным частям кузова придают определенную форму и сечение.
По характеру воспринимаемых нагрузок кузова подразделяются на:
У несущего кузова рама отсутствует и все нагрузки воспринимаются кузовом.
Полунесущий кузов жестко соединяется с рамой и воспринимает часть нагрузок, приходящихся на раму.
Разгруженный кузов жесткого соединения с рамой не имеет (установлен на резиновых прокладках, подушках и т. п.) и, кроме веса груза, никакой нагрузки не воспринимает.
Большинство современных легковых автомобилей и автобусов имеют несущие кузова. Грузовые автомобили оборудуются разгруженными кузовами.
Кроме приведенной выше классификации, кузова легковых автомобилей различаются по внешнему виду и конструкции пассажирского салона. Типовые конструкции получили индивидуальные названия:
Седан (рис. 1, а) является трехобъемным закрытым четырехдверным кузовом с двумя (реже тремя) рядами сидений (третий ряд — откидной).
Лимузин (рис. 1, б) представляет собой трехобъемный закрытый четырехдверный кузов с двумя или тремя рядами сидений (третий ряд сидений — откидной). За передним рядом сидений расположена подъемная стеклянная перегородка, служащая при необходимости для отделения водителя от задних пассажиров.
Универсал (рис. 1, г) представляет собой закрытый трех- или пятидверный кузов с двумя рядами сидений. Дополнительная дверь находится в задней стенке кузова. При складывании заднего ряда сидений увеличивается багажное отделение, в результате чего кузов превращается в грузопассажирский.
Комби или хэтчбек (рис. 1, д) занимает промежуточное положение между кузовами седан и универсал. Хэтчбек является закрытым трех- или пятидверным кузовом с двумя рядами сидений. Дополнительная дверь находится в наклонной задней стенке кузова. Кузов может быть легко переоборудован из пассажирского в грузопассажирский если удалить съемную складную полку, которая установлена за задним рядом сидений и закрывает багажное отделение. При складывании заднего ряда сидений площадь багажного отделения увеличивается.
Кабриолет (рис.1, е) представляет собой кузов с откидывающимися задней стенкой и частью крыши. Кузов имеет жесткий или мягкий убирающийся верх и опускающиеся стекла в дверях и боковинах.
Фаэтон (рис.1, ж) представляет собой полностью открывающийся кузов. Кузов имеет две или четыре двери, мягкий складывающийся верх и съемные боковины, в которых выполнены окна.
Тарга (рис.1, с) — пассажирский кузов со съемной средней частью крыши.